Arsitektur Set Intruksi (William Stalling)

Download Document Lengkap (Ada Gambarx) --> [DOWNLOAD] via 4shared.com

A.    Karakteristik Dan Fungsi Set Instruksi

·         Operasi dari CPU ditentukan oleh instruksi-instruksi yang dilaksanakan atau dijalankannya.

·          Instruksi ini sering disebut sebagai instruksi mesin (mechine instructions) atau instruksi komputer (computer instructions).

·         Kumpulan dari instruksi-instruksi yang berbeda yang dapat dijalankan oleh CPU disebut set Instruksi (Instruction Set).

a.      Elemen-Elemen dari Instruksi Mesin

·         Operation Code (opcode) : menentukan operasi yang akan dilaksanakan

·         Source Operand Reference : merupakan input bagi operasi yang akan dilaksanakan

·         Result Operand Reference : merupakan hasil dari operasi yang dilaksanakan

·         Next instruction Reference : memberitahu CPU untuk mengambil (fetch) instruksi berikutnya setelah instruksi yang dijalankan selesai.

     Source dan result operands dapat berupa salah Satu diantara tiga jenis berikut ini:

1.      Main or Virtual Memory

2.      CPU Register

3.      I/O Device

b.      Jumlah Alamat (Number Of Addresses)

Salah satu cara tradisional untuk menggambarkan arsitektur prosessor adalah dengan melihat jumlah alamat yang terkandung dalam setiap instruksinya. Jumlah alamat maksimum yang mungkin diperlukan dalam sebuah instruksi :

1.      Empat Alamat ( dua operand, satu hasil, satu untuk alamat instruksi berikutnya)

2.      Tiga Alamat (dua operand, satu hasil)

3.      Dua Alamat (satu operand merangkap hasil, satunya lagi operand)

4.      Satu Alamat (menggunakan accumulator untuk menyimpan operand dan hasilnya)

Macam-macam instruksi menurut jumlah operasi yang dispesifikasikan

1.      O– Address Instruction

2.      1 – Addreess Instruction.

3.      N – Address Instruction

4.      M + N – Address Instruction

Jenis instruksi menurut sifat akses terhadap memori atau register

1.      Memori To Register Instruction

2.      Memori To Memori Instruction

3.      Register To Register Instruction

c.       Desain Set Instruksi

Desain set instruksi merupakan masalah yang sangat komplek yang melibatkan banyak aspek, diantaranya adalah:

1.      Kelengkapan set instruksi

2.      Ortogonalitas (sifat independensi instruksi)

3.      Kompatibilitas :

a.       Source code compatibility

b.      Object code Compatibility

       Selain ketiga aspek tersebut juga melibatkan hal-hal sebagai berikut:

1.      Operation Repertoire: Berapa banyak dan operasi apa saja yang disediakan, dan berapa sulit operasinya

2.      Data Types: tipe/jenis data yang dapat olah Instruction Format: panjangnya, banyaknya alamat, dan sebagainya.

3.      Register: Banyaknya register yang dapat digunakan

4.      Addressing: Mode pengalamatan untuk operand

c.       Format Instruksi

-          Suatu instruksi terdiri dari beberapa field yang sesuai dengan elemen dalam instruksi tersebut.

-          Layout dari suatu instruksi sering disebut sebagai Format Instruksi (Instruction Format).

B.     Jenis-jenis Operand

1.      Addresses

2.      Numbers

a.       Integer or fixed point

b.      Floating point

c.       Decimal (BCD)

3.      Characters

a.       ASCII

b.      EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)

4.      Logical Data : Bila data berbentuk binary: 0 dan 1

a.       Jenis Instruksi

Data processing: Arithmetic dan Logic Instructions

Data storage: Memory instructions

Data Movement: I/O instructions

Control: Test and branch instructions

C.    Tipe Operasi

a.      Transfer Data

·         Menetapkan lokasi operand sumber dan operand tujuan.

·         Lokasi-lokasi tersebut dapat berupa memori, register atau bagian paling atas daripada stack.

·         Menetapkan panjang data yang dipindahkan.

·         Menetapkan mode pengalamatan.

·         Tindakan CPU untuk melakukan transfer data adalah :

o   Memindahkan data dari satu lokasi ke lokasi lain.

o   Apabila memori dilibatkan :

§  Menetapkan alamat memori.

§  Menjalankan transformasi alamat memori virtual ke alamat memori aktual.

§  Mengawali pembacaan / penulisan memori

Operasi set instruksi untuk transfer data:

Ø  MOVE : memindahkan word atau blok dari sumber ke tujuan

Ø  STORE : memindahkan word dari prosesor ke memori.

Ø   LOAD : memindahkan word dari memori ke prosesor.

Ø  EXCHANGE : menukar isi sumber ke tujuan.

Ø  CLEAR / RESET : memindahkan word 0 ke tujuan.

Ø  SET : memindahkan word 1 ke tujuan.

Ø  PUSH : memindahkan word dari sumber ke bagian paling atas stack.

Ø  POP : memindahkan word dari bagian paling atas sumber

b.      Arithmetic

Tindakan CPU untuk melakukan operasi arithmetic :

1.      Transfer data sebelum atau sesudah.

2.      Melakukan fungsi dalam ALU.

3.      Menset kode-kode kondisi dan flag.

Operasi set instruksi untuk arithmetic :

1.      ADD : penjumlahan                            5. ABSOLUTE

2.      SUBTRACT : pengurangan                6. NEGATIVE

3.      MULTIPLY : perkalian                      7. DECREMENT

4.      DIVIDE : pembagian                         8. INCREMENT

Nomor 5 sampai 8 merupakan instruksi operand tunggal.

c.       Logical

Tindakan CPU sama dengan arithmetic

Operasi set instruksi untuk operasi logical :

1.      AND, OR, NOT, EXOR

2.      COMPARE : melakukan perbandingan logika.

3.      TEST : menguji kondisi tertentu.

4.      SHIFT : operand menggeser ke kiri atau kanan menyebabkan konstanta pada ujung bit.

5.      ROTATE : operand menggeser ke kiri atau ke kanan dengan ujung yang terjalin.

d.      Konversi

Tindakan CPU sama dengan arithmetic dan logical. Instruksi yang mengubah format instruksi yang beroperasi terhadap format data.

Misalnya pengubahan bilangan desimal menjadi bilangan biner.

Operasi set instruksi untuk conversi :

Ø  TRANSLATE : menterjemahkan nilai-nilai dalam suatu bagian memori berdasrkan tabel korespodensi.

Ø  CONVERT : mengkonversi isi suatu word dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.

e.       Input / Ouput

Tindakan CPU untuk melakukan INPUT /OUTPUT :

1.      Apabila memory mapped I/O maka menentukan alamat memory mapped.

2.      Mengawali perintah ke modul I/O

Operasi set instruksi Input / Ouput :

1.      INPUT : memindahkan data dari pernagkat I/O tertentu ke tujuan

2.      OUTPUT : memindahkan data dari sumber tertentu ke perangkat I/O

3.      START I/O : memindahkan instruksi ke prosesor I/O untuk mengawali operasi I/O

4.      TEST I/O : memindahkan informasi dari sistem I/O ke tujuan

f.       Sistem Kontrol

Hanya dapat dieksekusi ketika prosesor berada dalam keadaan khusus tertentu atau sedang mengeksekusi suatu program yang berada dalam area khusus, biasanya digunakan dalam sistem operasi.

Contoh : membaca atau mengubah register kontrol.

g.      Transfer Control

·         Tindakan CPU untuk transfer control :

Mengupdate program counter untuk subrutin , call / return.

·         Operasi set instruksi untuk transfer control :

1.      JUMP (cabang) : pemindahan tidak bersyarat dan memuat PC dengan alamat tertentu.

2.      JUMP BERSYARAT : menguji persyaratan tertentu danmemuat PC dengan alamat tertentu atau tidak melakukan apa tergantung dari persyaratan.

3.      JUMP SUBRUTIN : melompat ke alamat tertentu.

4.      RETURN : mengganti isi PC dan register lainnya yang berasal dari lokasi tertentu.

5.      EXECUTE : mengambil operand dari lokasi tertentu dan mengeksekusi sebagai instruksi

6.      SKIP : menambah PC sehingga melompati instruksi

berikutnya.

7.      SKIP BERSYARAT : melompat atau tidak melakukan apa-apa berdasarkan pada persyaratan.

8.      HALT : menghentikan eksekusi program.

9.      WAIT (HOLD) : melanjutkan eksekusi pada saat persyaratan dipenuhi.

10.  NO OPERATION : tidak ada operasi yang dilakukan.

D.    Addressing

·         Membatasi keterbatasan format instruksi dapat mereferensi lokasi memori yang besar

·         Jenis-jenis addressing modes (Teknik Pengalama-tan) yang paling umum:

1.      Immediate

2.      Direct

3.      Indirect

4.      Register

5.      Register Indirect

6.      Displacement

7.      Stack

1.      Immediate Addressing

Bentuk pengalamatan ini yang paling sederhana? Operand benar-benar ada dalam instruksi atau bagian dari instruksi = operand sama dengan field alamat. Umumnya bilangan akan disimpan dalam bentuk komplement dua bit paling kiri sebagai bit tanda.

Ketika operand dimuatkan ke dalam register data, bit tanda digeser ke kiri hingga maksimum word data

Contoh:

ADD 5 ; tambahkan 5 pada akumulator

Keuntungan dan Kekurangan Immediate Addressing

Ø  Keuntungan

ü  Tidak adanya referensi memori selain dari instruksi yang diperlukan untuk memperoleh operand.

ü  Menghemat siklus instruksi sehingga proses keseluruhan akan cepat

Ø  Kekurangan

ü  Ukuran bilangan dibatasi oleh ukuran field alamat

2.      Direct Addressing

Ø  Kelebihan

ü  Field alamat berisi efektif address sebuah operand

ü  Hanya memerlukan sebuah referensi memori dan tidak memerlukan kalkulus khusus

Ø  Kelemahan

ü  Keterbatasan field alamat karena panjang field alamat biasanya lebih kecil dibandingkan panjang word

Contoh:

ADD A ; tambahkan isi pada lokasi alamat A ke akumulator

3.      Indirect Addressing

Mode Pegalamatan tak langsung

ü  Field alamat mengacu pada alamat word di alamat memori

ü  Pada gilrannya akan berisi alamat operand yang panjang

Contoh:

ADD (A); tambahkan isi memori yang ditunjuk oleh isi alamat A ke akumulator

Kelebihan dan Kekurangan Indirect Addressing

Ø  Kelebihan

Ruang bagi alamat menjadi besar sehingga semakin banyak alamat yang dapat referensi

Ø  Kekurangan

Diperlukan referensi memori ganda dalam satu fetch sehingga memperlambat preoses operasi

4.      Register Addressing

Ø  Metode pengalamatan register mirip dengan mode pengalamatan langsung

Ø  Perbedaannya terletak pada field alamat yang mengacu pada register, bukan pada memori utama

Ø  Field yang mereferensi register memiliki panjang 3 atau 4 bit, sehingga dapat mereferensi 8 atau 16 register general purpose

            Keuntungan dan Kerugian Register Addressing

Ø  Keuntungan pengalamatan register

o   Diperlukan field alamat berukuran kecil dalam instruksi dan tidak diperlukan referensi memori

o   Akses ke regster lebih cepat daripada akses ke memori, sehingga proses eksekusi akan lebih cepat

Ø  Kerugian

o   Ruang alamat menjadi terbatas

5.      Register Indirect Addressing

Ø  Metode pengalamatan register tidak langsung mirip dengan mode pengalamatan tidak langsung

Ø  Perbedaannya adalah field alamat mengacu pada alamat register.

Ø  Letak operand berada pada memori yang dituju oleh isi register

Ø  Keuntungan dan keterbatasan pengalamatan register tidak langsung pada dasarnya sama dengan pengalamatan tidak langsung

Ø  Keterbatasan field alamat diatasi dengan pengaksesan memori yang tidak langsung sehingga alamat yang dapat direferensi makin banyak

Ø  Dalam satu siklus pengambilan dan penyimpanan, mode pengalamatan register tidak langsung hanya menggunakan satu referensi memori utama sehingga lebih cepat daripada mode pengalamatan tidak langsung

6.      Displacement Addressing

Ø  Menggabungkan kemampuan pengalamatan langsung dan pengalamatan register tidak langsung

Ø  Mode in mensyaratkan instruksi memiliki dua buah field alamat, sedikitnya sebuah field yang eksplisit

Field eksplisit bernilai A dan field implisit mengarah pada register 

Operand berada pada alamat A ditambahkan isi register

Tiga model displacement

·         Relative addressing

·         Base register addressing

·         Indexing

Ø   Relative addresing, register yang direferensi secara implisit adalah program counter (PC)

Ø   Alamat efektif didapatkan dari alamat instruksi saat itu ditambahkan ke field alamat

Ø   Memanfaatkan konsep lokalitas memori untuk menyediakan operand-operand berikutnya

Ø   Base register addresing, register yang direferensi berisi sebuah alamat memori, dan field alamat berisi perpindahan dari alamat itu

Ø    Referensi register dapat eksplisit maupun implisit

Ø    Memanfaatkan konsep lokalitas memori

Ø     Indexing dalah field alamat mereferensi alamat memori utama, dan register yang direferensikan berisi pemindahan positif dari alamat tersebut

Ø    Merupakan kebalikan dari mode base register

Ø    Field alamat dianggap sebagai alamat memori dalam indexing

Ø    Manfaat penting dari indexing adalah untuk eksekusi program-program  iterative

7.      Stack Addressing

Ø  Stack adalah array lokasi yang linier = pushdown list = last-in-first-out

Ø  Stack merupakan blok lokasi yang terbalik

Ø  Butir ditambakan ke puncak stack sehingga setiap saat blok akan terisi secara parsial

Ø  Yang berkaitan dengan stack adalah pointer yang nilainya merupakanalamat bagian paling atas stack

Ø  Dua elemen teratas stack dapat berada di dalam register CPU, yang dalam hal ini stack pointer mereferensi ke elemen ketiga stack Stack pointer tetap berada dalam register

Ø  Dengan demikian, referensi-referensi ke lokasi stack di dalam memori pada dasarnya merupakan pengalamatan register tidak langsung

Tabel Basic Addressing Modes